DE3710555C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entkeimung von strömenden Flüssigkeiten durch UV-Bestrahlung, bestehend aus einem von der zu entkeimenden Flüssigkeit durchström­ ten Behälter mit mindestens je einem Einlaß- und Auslaß­ stutzen an den Enden und aus mehreren achsparallel im Be­ hälter angeordneten stabförmigen Strahlerelementen mit elektrischen Anschlüssen, die von gesonderten Quarzrohren umgeben sind.

Die Entkeimung von strömenden Flüssigkeiten durch UV-Be­ strahlung hat gegenüber chemischen Verfahren wie der Chlor- oder Ozon-Behandlung den wesentlichen Vorzug, daß praktisch keine unerwünschten Nebenwirkungen durch die Entkeimung eintreten und die Flüssigkeiten nicht mit zu­ sätzlichen Substanzen belastet werden. Getränke und Trink­ wasser behalten ihren Eigengeschmack und Nebenreaktionen empfindlicher Substanzen werden vermieden. Aufgrund dieser Vorzüge werden Entkeimungsgeräte mit UV-Strahlerelementen zur Trinkwasseraufbereitung, in der Lebensmittel- und Ge­ tränkeindustrie, in der kosmetischen und der chemischen Industrie sowie zur Reinhaltung von privaten oder kommuna­ len Schwimmbädern in verschiedenen Ausführungen einge­ setzt.

Ein bekanntes UV-Entkeimungsgerät der Firma WEDECO besteht aus einem geschlossenen Edelstahlzylinder, der an einem Ende seines Mantels einen Einlaßstutzen und am anderen Endabschnitt den Auslaßstutzen aufweist. Beide Stutzen sind quer zur Zylinderachse ausgerichtet. Im Innenraum des Zylinders ist ein zentrales Quarzrohr von ausreichend gro­ ßem Querschnitt angeordnet, das von der gesamten zu behan­ delnden Flüssigkeit durchströmt wird. Um das Quarzrohr herum sind mehrere stabförmige UV-Strahler achsparallel und gegeneinander winkelversetzt angeordnet, die nach außen durch Reflektoren abgedeckt sind, welche die UV- Strahlung ins Rohrinnere reflektieren. Obgleich sich die­ ser Gerätetyp in der Praxis bewährt hat, ist er doch mit einigen Nachteilen behaftet. Da jeder Reflektor mit einem sich im Laufe der Betriebszeit vergrößernden Verlust ver­ bunden ist, kann die Strahlerleistung nicht voll ausge­ nutzt werden. Ferner ergibt sich durch die scharfe Umlen­ kung der Flüssigkeit am Einlaß und am Auslaß des Zylinders eine ungleichmäßige Strömungsverteilung und damit unter­ schiedlich lange Verweilzeiten von Flüssigkeitsanteilen im Quarzrohr aufgrund unterschiedlicher Strömungsgeschwindig­ keiten. Dies kann zu einer unvollständigen Entkeimung und/ oder zu einer Überdimensionierung der Strahlerelemente mit entsprechend hohem Energieverbrauch führen. Schließlich bedeuten die verwendeten Reflektoren einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand, der sich in den Kosten nieder­ schlägt.

Ein ähnliches UV-Entkeimungsgerät der Firma DÜKER enthält ebenfalls einen Zylinder mit quergerichteten Anschlußstut­ zen an jedem Ende und im Inneren achsparallel nebeneinan­ der angeordneten stabförmigen UV-Strahlern, die von geson­ derten Quarzrohren abgedichtet umgeben sind. Der Innenraum des Zylinders wird von der gesamten zu behandelnden Flüs­ sigkeit durchströmt und bildet den Reaktionsraum. Die Flüssigkeitsströmung im Zylinder ist ungleichförmig turbu­ lent, was bedeutet, daß sich insbesondere in den einlauf- und auslaufseitigen Zylinderabschnitten Zonen von relativ beruhigten Teilströmungen bilden. In diesen beruhigten Teilströmungen sowie auch an bestimmten Stellen im Zylin­ derinneren, z. B. hinter Einbauten und in Eckbereichen, kann die Konzentration der Organismen ansteigen und es können sog. "Bakteriennester" entstehen. Insbesondere bei Durchflußänderungen können diese Bakteriennester herausge­ schwemmt werden und zu einer kurzzeitigen Überbelastung des Entkeimungsgeräts führen, d. h. in der verfügbaren Durchlaufzeit werden die stoßartig durchgeschwemmten Or­ ganismen nur unvollständig abgetötet. Im Auslaufbereich kann es in den beruhigten Strömungszonen zu einer uner­ wünschten Neubildung von Bakteriennestern kommen.

Zur Minderung der vorstehend genannten Probleme sind bei Geräten der Firma HÖLZLI KG in den Zylindern Leit- und Trennelemente eingebaut, die eine etwa mäanderförmige Strömungsbahn der Flüssigkeit bewirken sollen. Die Bildung der oben angesprochenen Bakteriennester kann jedoch auch durch diese Maßnahmen nicht vermieden werden, so daß eine gleichmäßige optimale Entkeimung insbesondere bei sich plötzlich ändernden Durchflußmengen - ohne Überdimensio­ nierung der Strahlerelemente - nicht gesichert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein UV-Entkeimungsgerät für unterschiedliche Flüssigkeiten zu schaffen, das bei kon­ struktiv einfachem Aufbau und relativ geringem Energiever­ brauch eine gleichbleibend effektive Entkeimung der Flüs­ sigkeit auch bei kurzzeitigen Schwankungen der Durchfluß­ mengen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Behälter aus einer rotationssymmetrischen Verteilerkammer mit tangential einmündendem Einlaßstutzen, aus einer gleichachsig angeordneten rotationssymmetrischen Sammel­ kammer mit dem Auslaßstutzen am anderen Behälterende und aus mehreren die beiden Kammern miteinander verbindenden Rohren besteht, wobei in jedem Rohr zentral ein stabförmi­ ges Strahlerelement angeordnet ist.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt in einem konsequent durchgeführten strömungstechnischen Konzept, nach dem im Einlauf- und im Auslaufbereich die die Bildung von Bakte­ riennestern begünstigenden beruhigten Strömungszonen ver­ mieden und in den eigentlichen Bestrahlungsabschnitten schraubenförmige Wirbelströmungen um die stabförmigen Strahler erzeugt werden. Diese angestrebten Strömungsver­ hältnisse ergeben sich auf technisch einfache Weise durch die tangentiale Flüssigkeitszufuhr, die in der rotations­ symmetrischen einlaufseitigen Verteilerkammer einen sta­ tionären und sich stetig erneuernden Wirbel erzeugt. Auf­ grund des Impuls-Erhaltungs-Satzes entstehen durch diesen Hauptwirbel in der Verteilerkammer schraubenförmige Wir­ belströmungen in den von den Rohren und den darin einge­ setzten Quarzrohren der Strahler begrenzten Ringkanälen, die zweckmäßig einen konstanten Querschnitt über die Länge haben. Durch die Wirbelströmung in der kreisrunden Vertei­ lerkammer wird die Bildung von Bakteriennestern in dieser Kammer sicher vermieden, weil keinerlei Einbauten und/oder Totzonen vorhanden sind. Die separaten wendelförmigen Teilströmungen in den Rohren bedeuten ausreichend lange Durchlauf- und Bestrahlungszeiten, wobei der gleichblei­ bende freie Strömungsquerschnitt der Ringkanäle eine gleichmäßig intensive Bestrahlung der gesamten strömenden Flüssigkeit gewährleistet. Ein "Durchschlagen" bestimmter Flüssigkeitsmengen durch "Kanalbildung" ist ausgeschlos­ sen.

Damit Sekundärwirbel und Totzonen im gesamten System ver­ mieden werden, enden die Rohre bündig mit den zueinander­ weisenden Stirnwänden der beiden Kammern und sind an die­ sen abgedichtet befestigt. Die sichere Halterung der stab­ förmigen Strahlerelemente erfolgt mit Hilfe von Stutzen in der äußeren Stirnwand der Sammelkammer, die gleichachsig zu den Rohren angeordnet sind und an denen die einseitig mit Befestigungselementen versehenen Strahler incl. der sie umgebenden Quarzrohre lösbar montiert werden. Am nach außen weisenden Boden der Verteilerkammer können Stützhal­ terungen vorgesehen sein, welche die geschlossenen Enden der Quarzrohre aufnehmen. Es ist jedoch auch möglich, die­ se Stützhalterungen außerhalb der Verteilerkammer an deren Boden vorzusehen, so daß die Strahlerelemente auch die Sammelkammer sowie die Verteilerkammer durchragen und die Flüssigkeit auch in diesen Kammern bestrahlt wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine UV-Entkeimungsvorrichtung in Seitenansicht bzw. im Axialschnitt;

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in schemati­ scher Draufsicht.

Das dargestellte Entkeimungs-Gerät besteht aus einer unte­ ren kreisrunden Verteilerkammer 1, die von zwei jeweils nach außen gewölbten Bodenteilen 2, 3 begrenzt wird und in die ein Einlaufstutzen 4 tangential ausmündet. An der Innenfläche des in Fig. 1 nach unten weisenden Bodenteils 2 sind mehrere säulenförmige Stützhalterungen 5 befestigt, die an ihrem oberen Ende einen Aufnahmekopf 6 aus einem geeigneten Dämpfungs-Werkstoff aufweisen. Diese Stützhal­ terungen können auch - wie bei 5 in Fig. 1 angedeutet - außen an der Wand des Bodenteils 2 angeordnet sein.

Am in Fig. 1 oberen Bodenteil 3 sind mehrere Rohre 7 in Form eines Kranzes mit zentralem Mittelrohr bündig ange­ schweißt, die in eine obere Sammelkammer 8 ausmünden, welche bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die gleiche Form wie die untere Verteilerkammer 1 hat. An diese Sammelkammer 8 ist seitlich ein Auslaßstutzen 9 angeschlossen, der - wie Fig. 2 zeigt - tangential ver­ läuft. In der oberen bogenförmig nach außen gewölbten Stirnwand 10 der Sammelkammer 8 sind Tragstutzen 11 in axialer Verlängerung der Rohre 7 befestigt. An diesen Tragstutzen 11 sind die mit elektrischen Anschlüssen 12 versehenen Halterungen 13 von stabförmigen Strahlern 14 und von diese einzeln umgebenden Quarzrohren 15 befestigt. Wie im rechten Teil der Fig. 1 gezeigt, sind die unteren Enden der Quarzrohre in Ausnehmungen in den Stützelementen 6 festgelegt. In jedem Verbindungsrohr ist ein stabförmi­ ger Strahler 14 mit einem ihn mit Spiel umgebenden Quarz­ rohr 15 zentral angeordnet und an ihren oberen und unteren Enden durch die Halterungen 6, 11 festgelegt.

Die Funktion des vorstehend beschriebenen UV-Reinigungs­ gerätes ist folgende:

Die zu behandelnde Flüssigkeit strömt durch den Einlauf­ stutzen 4 tangential in die Verteilerkammer 1 ein, in der sich ein quasi stationärer Wirbel bildet. Teilströme aus diesem Wirbel durchfließen die Ringkanäle zwischen den Quarzrohren 15 und den Außenwandungen der Rohre 7 in schraubenförmigen Strömungsbahnen, wobei die Intensität dieser Einzelwirbel mit der Länge der Rohre abnimmt. Aus diesen Einzelrohren gelangt die Flüssigkeit in die obere Sammelkammer 8, in welcher sich ein wirr-turbulentes Strö­ mungsbild einstellt. Aus dieser oberen Sammelkammer wird die Flüssigkeit durch den seitlichen Auslaufstutzen 9 ab­ gezogen. Beim Durchfließen der einzelnen Rohre in den schraubenförmigen Strömungsbahnen ist die Flüssigkeit den von den stabförmigen Strahlerelementen erzeugten UV-Strah­ len intensiv und gleichmäßig ausgesetzt, was eine hoch­ wirksame Entkeimung bewirkt. Da im gesamten Innenraum der unteren Verteilerkammer 1 eine stabile Wirbelströmung herrscht, wird der Entstehung von "Bakteriennestern" ent­ gegengewirkt, so daß auch bei abrupten Änderungen der Durchflußmengen eine Überbelastung des Gerätes sicher ver­ mieden wird. Da ferner in den Rohren eine relativ gleich­ mäßige schraubenförmige Wirbelströmung herrscht, ergeben sich ausreichend lange Verweilzeiten der Flüssigkeit in den der UV-Strahlung unmittelbar ausgesetzten Abschnitten.

Bei der in der Mitte der Fig. 1 dargestellten Variante, bei welcher sich die vom Quarzrohr umgebenen Strahlerrohre bis an die jeweils äußeren Wände der beiden Kammern 1 und 8 erstrecken, werden die insgesamt geringfügigen Einflüsse der stabförmigen Halter 5 auf die Wirbelströmung vermie­ den, da die Flüssigkeit innerhalb von sich ggf. bildenden kleinen Sekundärwirbeln intensiv bestrahlt wird.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungs­ beispiel beschränkt. So können beispielsweise die Vertei­ lerkammer 1 und die Sammelkammer 8 unterschiedliche Ge­ stalt haben, wobei zumindest eine dieser Kammern auch zy­ lindrisch mit ebenen Stirnwänden ausgeführt sein kann. Ferner ist statt der tangentialen Anordnung des Auslaß­ stutzens 9 eine radiale oder auch axiale Anordnung mög­ lich. Zur gezielten Beeinflussung der in der Verteiler­ kammer sich bildenden Wirbelströmung kann der Einlauf­ stutzen in Richtung auf die Verteilerkammer konisch aus­ gebildet sein, um durch Verengung die Einströmgeschwin­ digkeit der Flüssigkeit zu erhöhen bzw. durch Erweiterung die Einströmgeschwindigkeit zu verringern. Wesentlich ist, daß der Stutzen 4 - wie dargestellt - tangential in der Wandung der Behälterkammer 1 endet und nicht etwa in diese Kammer hineinragt, weil dadurch das angestrebte Profil der Wirbelströmung gestört würde. Schließlich ist die Anord­ nung der Rohre auf einem Kranz keine zwingende Voraus­ setzung für die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung. Viel­ mehr kann in Versuchen entsprechend den Abmessungen und Durchflußmengen die jeweils optimale Anordnung der Rohre - ebenso wie deren Länge - ermittelt werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Entkeimung von strömenden Flüssigkeiten durch UV-Bestrahlung, bestehend

• - aus einem von der zu entkeimenden Flüssigkeit durch­ strömten Behälter mit mindestens je einem Einlaß- und Auslaßstutzen an den Enden und
• - aus mehreren achsparallel im Behälter angeordneten stab­ förmigen Strahlerelementen mit elektrischen Anschlüssen an mindestens einem Ende, die von gesonderten Quarzroh­ ren umgeben sind,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter aus einer rotationssymmetrischen Vertei­ lerkammer (1) mit tangential einmündendem Einlaßstutzen (4), aus einer gleichachsig angeordneten rotationssymme­ trischen Sammelkammer (8) mit dem Auslaßstutzen (9) und aus mehreren die beiden Kammern (1, 8) miteinander verbin­ denden Rohren (7) besteht, wobei in jedem Rohr (7) zentral ein stabförmiges Strahlerelement (14, 15) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden stirnseitigen Böden (2, 3) zumindest der Verteilerkammer (1) nach außen gewölbt sind und stufenlos in die konkav gewölbte Umfangswand übergehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7) in den zueinander weisenden Bodenwänden der beiden Kammern (1, 8) enden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der äußeren Stirnwand der Sammelkammer (8) Stutzen (11) zur Befestigung der Strahlerelemente (14, 15) vorge­ sehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verteilerkammer (1) Halterungen (5) zum Abstüt­ zen der Quarzrohre (15) der Strahlerelemente (14) angeord­ net sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (5′) außen an der äußeren Wandung (2) der Verteilerkammer angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7) kranzförmig angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (4) in der Wandung (2, 3) der Ver­ teilerkammer (1) endet.